GIÁO TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG ĐIỆN

Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Bài: 1 CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 5

1 Định nghĩa hệ truyền động điện 5

2 Hệ truyền động của máy sản xuất 5

2.1.Truyền động của máy bơm nước 5

2.2.Truyền động mâm cặp máy tiện 5

2.3.Truyền động của cần trục hoặc máy nâng 6

3 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện 6

4 Phân loại hệ thống truyền động điện 7

4.1.Theo đặc điểm của động cơ điện 7

4.2.Theo tính năng điều chỉnh 8

4.3.Theo thiết bị biến đổi 8

4.4.Một số cách phân loại khác 8

5 Phụ tải và phần cơ của truyền động điện 8

5.1.Phụ tải của truyền động điện 8

5.2.Phần cơ của truyền động điện 8

Bài: 2 CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 11

1 Các khâu cơ khí của truyền động điện, tính toán qui đổi các khâu cơ khí của truyền động điện 11

1.1.Các khâu cơ khí của truyền động điện 11

1.2.Tính đổi các đại lượng cơ học 11

2 Đặc tính cơ của máy sản xuất và động cơ điện 13

2.1.Đặc tính cơ của máy sản xuất 13

2.2.Đặc tính cơ của động cơ điện 14

2.3.Độ cứng của đặc tính cơ 15

2.4.Sự phù hợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất 15 3 Các trạng thái làm việc xác lập của hệ TĐĐ 15

4 Câu hỏi ôn tập 17

Bài: 3 CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 19

1 Đặc tính của động cơ điện DC, các trạng thái khởi động và hãm 19

1.1.Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và kích từ song song 19

1.2.Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt) và hỗn hợp (ĐMhh) 37

2 Đặc tính của động cơ điện không đồng bộ, các trạng thái khởi động và hãm 45

2.1.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 45

2.2.Phương trình đặc tính cơ 47

2.3.Các trạng thái khởi động và hãm 49

2.4.Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ 55

3 Đặc tính của động cơ điện đồng bộ, các trạng thái khởi động và hãm 59

3.1.Đặc tính cơ của động cơ ĐĐB 59

3.2.Đặc tính góc của động cơ ĐĐB 59

4 Câu hỏi ôn tập 61

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Bài: 4 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 65

1 Khái niệm về điều chỉnh tốc độ hệ truyền động điện; tốc độ đặt; chỉ tiêu chất lượng của truyền động điều chỉnh .65

1.1.Khái niệm về điều chỉnh tốc độ truyền động điện .65

1.2.Tốc độ đặt 65

1.3.Chỉ tiêu chất lượng 65

2 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song 66

2.1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 67

2.2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông 68

2.3.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng 69

2.4.Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ) 69

2.5.Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ 72

3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha KĐB 75

3.1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch Rotor .76

3.2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch Stator .76

3.3.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều .77

3.4.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ .77

Bài: 5 ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 79

1 Khái niệm về ổn định tốc độ; độ chính xác duy trì tốc độ 79

2 Hệ truyền động cơ vòng kín .79

2.1.Nguyên lý chung .79

2.2.Ổn định tốc độ động cơ điện một 80

2.3.Ổn định tốc độ động cơ không đồng bộ .84

3 Hạn chế dòng điện trong truyền động điện tự động .85

4 Câu hỏi ôn tập 85

Bài: 6 ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 87

1 Đặc tính động của truyền động điện .87

2 Quá độ cơ học; quá độ điện - cơ trong hệ truyền động điện 87

3 Khởi động hệ truyền động điện, thời gian mở máy .88

4 Hãm hệ truyền động điện, thời gian hãm; dừng máy chính xác .88

4.1.Hãm hệ truyền động, thời gian hãm .88

4.2.Dừng máy chính xác .89

5 Câu hỏi ôn tập .89

Bài: 7 CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 91

1 Phương pháp chọn động cơ truyền động cho tải theo nguyên lý phát nhiệt .91

1.1.Mục đích của việc tính toán công suất động cơ .91

1.2.Phát nóng và nguội lạnh của động cơ 91

1.3.Các chế độ làm việc của truyền động điện 92

2 Tính chọn công suất động cơ cho truyền động không điều chỉnh tốc độ 92

2.1.Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn 92

2.2.Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn 93

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

2.3.Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại 94

3 Tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ 94

4 Kiểm nghiệm công suất động cơ 95

5 Tính chọn công suất động cơ truyền động cho cầu trục 95

5.1.Động cơ truyền động cơ cấu nâng – hạ 95

5.2.Tính chọn công suất động cơ cho các cơ cấu di chuyển theo phương nằm ngang 99

5.3.Ví dụ tính chọn công suất động cơ cho cơ cấu nâng hạ 100

Bài: 8 BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM (SOFT STARTER) 103

1 Khái quát chung về bộ khởi động mềm 103

1.1.Các phương pháp khởi động 103

1.2.Khởi động mềm, dừng mềm 106

2 Bộ khởi động mềm Altistart 01 107

2.1.Giới thiệu, các tính năng 107

2.2.Sơ đồ đấu dây ATS01N106FT 108

3 Bộ khởi động mềm 3RW4024-1BB14 (Siemems) 108

3.1.Chức năng ngõ vào 109

3.2.Chức năng ngõ ra 109

3.3.Sơ đồ đấu dây 3RW4024-1BB14 110

3.4.Khảo sát các chức năng 113

Bài: 9 BỘ BIẾN TẦN (INVERTER) 117

1 Biến tần 3G3JX 117

1.1.Sơ lược về biến tần của OMRON 117

1.2.Sơ đồ nối dây của Biến Tần 117

1.3.Bảng điều khiển 120

1.4.Cài đặt các thông số của Biến Tần 120

1.5.Các chức năng của Biến Tần 140

1.6.Khảo sát chức năng biến tần 3G3MV 146

2 Biến tần Micro matter 440 146

2.1.Các phím chức năng 146

2.2.Các cổng vào/ra và cách kết nối 147

2.3.Khảo sát hoạt động 149

Bài: 10 BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN SERVO 151

1 Giới thiệu bộ điều khiển máy điện Servo 151

1.1.Sự khác nhau giữa servo motor và động cơ thông thường 151

1.2.Giới thiệu về APD-VS01NL 152

2 Kết nối mạch động lực 153

2.1.Chế đồ điều khiển vị trí 153

2.2.Chế độ điều khiển tốc độ 154

2.3.Chế độ điều khiển momen 155

2.4.Chế độ tốc độ/vị trí 156

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

2.5.Chế độ tốc độ/momen 157

2.6.Chế độ vị trí/momen 158

3 Khảo sát chức năng 159

3.1.Khảo sát đặc tính n = f(M) 159

3.2.Khảo sát đặc tính M = f(n) 159

3.3.Đặt tốc độ làm việc 159

3.4.Đặt tốc độ dừng 159

Tài liệu tham khảo 160

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

BÀI: 1 CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Thời gian: 2 giờ

Mục tiêu:

- Trình bày được khái niệm, đặc điểm, ý nghĩa của hệ truyền động điện

- Giải thích được cấu trúc chung và phân loại hệ truyền động điện

- Rèn luyện đức tính chủ động, nghiêm túc trong học tập và công việc

1 Định nghĩa hệ truyền động điện

Truyền động cho một máy, một dây chuyền sản xuất mà dùng năng lượng điện thì gọi là truyền động điện (TĐĐ)

Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu chấp hành trên các máy sản xuất, đồng thời có thể điều khiển dòng năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất

2 Hệ truyền động của máy sản xuất

2.1 Truyền động của máy bơm nước

Động cơ điện Đ biến

đổi điện năng thành cơ

năng tạo ra mômen M làm

quay trục máy và các cánh

bơm Cánh bơm chính là

cơ cấu công tác CT, nó

chịu tác động của nước tạo

tốc độ không đổi  = const

2.2 Truyền động mâm cặp máy tiện

Cơ cấu công tác CT bao gồm mâm cặp MC, phôi ( kim loại) PH được cặp trên mâm và dao cắt DC (Hình 1.2) Khi làm việc động cơ Đ tạo ra mômen M làm quay trục, qua bộ truyền lực TL gồm đai truyền và các cặp bánh răng, chuyển động quay được truyền đến mâm cặp trên cơ cấu công tác có chiều ngược với chiều chuyển động Nếu dời điểm đặt của MCT

về trục động cơ ta sẽ có mômen cản MC (thay thế cho MCT) Cũng tương như ví dụ trước, khi

M = MC hệ sẽ làm việc ổn định với tốc độ quay  = const và độ cắt của dao trên phôi cũng sẽ không đổi

Hình 1.1 Truyền động của máy bơm nước

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Hình 1.2 Truyền động mâm cặp máy tiện

2.3 Truyền động của cần trục hoặc máy nâng

Cơ cấu công tác gồm trống tời TT, dây

cáp C và tải trọng G Lực trọng trường G

tác động lên trống tời tạo ra mômen trên

cơ cấu công tác MCT và nếu dời điểm đặt

của nó về trục động cơ ta sẽ có mômen cản

MC (thay thế cho MCT) Còn động cơ Đ tạo

ra mômen quay M Khác với 2 ví dụ trước

ở cần trục và máy nâng MCT (hoặc MC) có

chiều tác động do lực trọng trường quyết

định nên không phụ thuộc chiều của tốc

độ, nghĩa là có trường hợp nó ngược chiều

chuyển động - cơ cấu công tác tiêu thụ

năng lượng do động cơ cung cấp và có

trường hợp MCT cùng chiều chuyển động -

cơ cấu công tác gây ra chuyển động, tạo ra

năng lượng cấp cho trục động cơ

3 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện

Về cấu trúc, một hệ thống TĐĐ (hình 1.4) nói chung bao gồm các khâu:

Hình 1.3 Truyền động cần trục

Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống truyền động điện

Hình 1.4: Cấu trúc hệ truyền động điện

- BBĐ: (Bộ biến đổi) dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành một chiều hoặc

ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số Các BBĐ thường dùng là máy phát điện, hệ máy phát - động cơ (hệ F-Đ), các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần

- Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện

năng (khi hãm điện) Các động cơ điện thường dùng là: động cơ xoay chiều KĐB ba pha rotor dây quấn hay lồng sóc; động cơ điện một chiều kích từ song song, nối tiếp hay kích từ bằng nam châm vĩnh cữu; động cơ xoay chiều đồng bộ

- TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động cơ điện đến cơ cấu sản xuất hoặc

dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) hoặc làm phù hợp về tốc

độ, mômen, lực Để truyền lực, có thể dùng các bánh răng, thanh răng, trục vít, xích, đai truyền, các bộ ly hợp cơ hoặc điện từ

- CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cấu làm việc thực hiện các thao tác sản xuất và công

nghệ (gia công chi tiết, nâng/hạ tải trọng, dịch chuyển )

- ĐK: Khối điều khiển, là các thiết bị dùng để điều khiển bộ biến đổi BBĐ, động cơ điện

Đ, cơ cấu truyền lực Khối điều khiển bao gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham

số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các rơle, công tắc tơ) hay không có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn) Một số hệ TĐĐ TĐ khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác như máy tính điều khiển, các bộ vi xử lý, PLC

Một hệ thống truyền động điện được gọi là hệ hở khi không có phản hồi, và được gọi là

hệ kín khi có phản hồi, nghĩa là giá trị của đại lượng đầu ra được đưa trở lại đầu vào dưới dạng một tín hiệu nào đó để điều chỉnh lại việc điều khiển sao cho đại lượng đầu ra đạt giá trị mong muốn

4 Phân loại hệ thống truyền động điện

Người ta phân loại các hệ truyền động điện theo nhiều cách khác nhau tùy theo đặc điểm của động cơ điện sử dụng trong hệ, theo mức độ tự động hoá, theo đặc điểm hoặc chủng loại thiết bị của bộ biến đổi Từ cách phân loại sẽ hình thành tên gọi của hệ

4.1 Theo đặc điểm của động cơ điện

- Truyền động điện một chiều: Dùng động cơ điện một chiều Truyền động điện một

chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ và mômen, nó có chất lượng điều chỉnh tốt Tuy nhiên, động cơ điện một chiều có cấu tạo phức tạp và giá thành cao, hơn nữa nó đòi hỏi phải có bộ nguồn một chiều, do đó trong những trường hợp không có yêu cầu cao về điều chỉnh, người ta thường chọn động cơ KĐB để thay thế

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

- Truyền động điện không đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều không đồng bộ

Động cơ KĐB ba pha có ưu điểm là có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên, trước đây các hệ truyền động động cơ KĐB lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB có khó khăn hơn động cơ điện một chiều Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp chế tạo các thiết bị bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng bộ phát triển mạnh mẽ và được khai thác các ưu điểm của mình, đặc biệt là các

hệ có điều khiển tần số Những hệ này để đạt được chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ truyền động một chiều

- Truyền động điện đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều đồng bộ ba pha Động cơ

điện đồng bộ ba pha trước đây thường dùng cho loại truyền động không điều chỉnh tốc độ, công suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW (các máy nén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v ) Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng bộ được nghiên cứu ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại giải công suất từ vài trăm W (cho cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, cơ cấu chuyển động của tay máy, người máy) đến hàng MW (cho các truyền động máy cán, kéo tàu tốc độ cao )

4.2 Theo tính năng điều chỉnh

- Truyền động không điều chỉnh: Động cơ chỉ quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định

- Truyền có điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mômen, lực kéo và truyền động điều chỉnh vị trí

4.3 Theo thiết bị biến đổi

- Hệ máy phát - động cơ (F-Đ): Động cơ điện một chiều được cấp điện từ một máy phát điện một chiều (bộ biến đổi máy điện) Thuộc hệ này có hệ máy điện khuếch đại-động cơ (MĐKĐ-Đ), đó là hệ có BBĐ là máy điện khuếch đại từ trường ngang

- Hệ chỉnh lưu-động cơ (CL-Đ): Động cơ một chiều được cấp điện từ một bộ chỉnh lưu (BCL) Chỉnh lưu có thể không điều khiển (Diode) hay có điều khiển (Thyristor)

4.4 Một số cách phân loại khác

Ngoài các cách phân loại trên, còn có một số cách phân loại khác như truyền động đảo chiều và không đảo chiều, truyền động đơn (nếu dùng một động cơ) và truyền động nhiều động cơ (nếu dùng nhiều động cơ để phối hợp truyền động cho một cơ cấu công tác), truyền động quay và truyền động thẳng

5 Phụ tải và phần cơ của truyền động điện

5.1 Phụ tải của truyền động điện

Phụ tải hay chính là cơ cấu công tác của hệ truyền động điện Phụ tải của hệ truyền động điện rất đa dạng Tính chất của mỗi loại phụ tải khác nhau sẽ tạo nên những hệ truyền động điện khác nhau

Đặc trưng cho phụ tải của hệ truyền động điện là sự hình thành momen cản tác động lên trục động cơ Mỗi cơ cấu công tác khác nhau sẽ tạo ra momen cản khác nhau, ví dụ như: momen cản thế năng, momen cản phản kháng, momen cản loại máy tiện, momen cản loại cần trục…

5.2 Phần cơ của truyền động điện

Phần cơ của hệ truyền động điện bao gồm các phần tử chuyển động từ rotor động cơ cho đến cơ cấu công tác Mỗi phần tử chuyển động được đặc trưng bởi các đại lượng sau:

- Lực tác động (F): N (Niuton)

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

- Momen tác động (M): Nm (Niuton mét)

- Tốc độ góc (ω): rad/s (radian/giây)

- Tốc độ thẳng (v): m/s (mét/giây)

- Momen quán tính (J): kgm2 (kilogam khối mét bình phương)

- Khối lượng (m): kg (kilogam khối)

Chú ý: Nếu các đại lượng trên cho theo các đơn vị khác thì khi tính toán cần đổi về hệ

đơn vị đo lường quốc tế (SI) như đã nêu trên Ví dụ, nếu lực cho theo KG, momen cho theo KGm, tốc độ cho theo vòng/phút, quán tính cho theo momen đà GD2với đơn vị là KGm2, thì: 1KG = 9.8 N; 1KGm = 9.8 Nm; 1 vòng/phút = 9,55 rad/s; GD2[KGm2] = 4J [Kgm2]

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

BÀI: 2 CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Thời gian: 8 giờ

- Nhận dạng được các khâu cơ khí cơ bản của hệ truyền động điện

- Tính toán qui đổi được mô men cản, lực cản, mô men quán tính về trục động cơ

- Xây dựng được phương trình chuyển động của hệ truyền động điện

- Phân biệt được các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện

1 Các khâu cơ khí của truyền động điện, tính toán qui đổi các khâu cơ khí của truyền động điện

1.1 Các khâu cơ khí của truyền động điện

Một hệ truyền động điện bao gồm có phần cơ khí Nó bao gồm các phần tử chuyển động

từ rotor động cơ cho đến cơ cấu sản xuất Mỗi cơ cấu của truyền động đều có các đại lượng

ω, M, v, F, J

Để dễ dàng cho việc nghiên cứu và tính toán, người ta thường tính quy đổi tất cả các đại lượng đó về trục động cơ Nguyên tắc của tính toán quy đổi là đảm bảo năng lượng của hệ trước và sau quy đổi là không thay đổi

1.2 Tính đổi các đại lượng cơ học

1.2.1 Mômen và lực quy đổi

Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về trục khác của mômen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ truyền lực Thường quy đổi mômen cản Mc (hay lực cản Fc) của bộ phận làm việc về trục động cơ

Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ TĐĐTĐ:

a Khi năng lượng truyền từ động cơ đến máy sản xuất

- ∆P là tổn thất trong các khâu cơ khí

* Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay:

 gọi là tỷ số truyền của hộp tốc độ

* Nếu chuyển động tịnh tiến thì lực quy đổi:

Trong đó: η = ηi.ηt: hiệu suất bộ truyền lực

ηt: hiệu suất của tang trống

ρ = ω/vlv: gọi là tỷ số quy đổi

b Khi năng lượng truyền từ máy sản xuất đến động cơ

Ptr = Pc- ∆P

1.2.2 Quy đổi mômen quán tính và khối lượng quán tính

Điều kiện quy đổi: bảo toàn động năng tích luỹ trong hệ thống:

j i

q n

j i

i

Trong đó: Jqđ : mômen quán tính quy đổi về trục động cơ

ωĐ: tốc độ góc trên trục động cơ

JĐ: mômen quán tính của động cơ

Ji : mômen quán tính của bánh răng thứ i

mj: khối lượng quán tính của tải trọng thứ j

ii = ω/ωi - tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i

ρ = ω/vj - tỉ số quy đổi vận tốc của tải trọng

Ví dụ: Sơ đồ truyền động của cơ cấu nâng, hạ:

Hình 2.1: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ  Động cơ điện;  hộp tốc độ;

 tang trống;  tải trọng

2 Đặc tính cơ của máy sản xuất và động cơ điện

2.1 Đặc tính cơ của máy sản xuất

Đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay:

 = f(M) hoặc n = F(M) Trong đó: : Tốc độ góc (rad/s)

Mc là mômen cản của cơ cấu SX ứng với tốc độ 

Mco là mômen cản của cơ cấu SX ứng với tốc độ  = 0

Mđm là mômen cản của cơ cấu SX ứng với tốc độ định mức đm

Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các trường hợp tải:

Hình 2.2: Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất ứng với các trường

hợp máy sản xuất khác nhau

1: Đặc tính cơ ứng với q = -1 2: Đặc tính cơ ứng với q = 0 3: Đặc tính cơ ứng với q = 1 4: Đặc tính cơ ứng với q = 2

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

- Khi q = -1 mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy tiện, doa, máy cuốn dây, cuốn giấy, (đường  hình 2.2) Đặc điểm của loại máy này là tốc độ làm việc càng thấp thì mômen cản (lực cản) càng lớn

- Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt, (đường  hình 2.2)

- Khi q = 1 mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát, máy bào, máy phát một chiều tải thuần trở, (đường  hình 2.2)

- Khi q = 2 mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạy gió, máy nén (đường  hình 2.2)

Hình 2.3: a) Các dạng đặc tính cơ của các máy sản xuất

 q = -1;  q = 0;  q = 1;  q = 2

b) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính thế năng c) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính phản kháng

2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện

Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ:  = f(M)

Nhìn chung có 4 loại đặc tính cơ của các loại động cơ đặc trưng như:

- Động cơ điện một chiều kích từ song song hay độc lập (đường )

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp (đường )

- Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ (đường )

- Động cơ điện đồng bộ (đường )

Hình 2.4: Các dạng đặc tính cơ của bốn loại động cơ điện

Đặc tính cơ nhân tạo: Đó là quan hệ  = f(M) của động cơ điện khi các thông số điện không đúng định mức hoặc khi mạch điện có nối thêm điện trở, điện kháng hoặc có sự thay đổi mạch nối

độ càng ít bị thay đổi khi mômen thay đổi ở

trên hình vẽ, đường đặc tính cơ 1 cứng hơn đường đặc tính cơ 2 nên với cùng một biến động

M thì đặc tính cơ 1 có độ thay đổi tốc độ 1 nhỏ hơn độ thay đổi tốc độ 2 cho bởi đặc tính cơ 2

2.4 Sự phù hợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất

Trong hệ thống TĐĐ, động cơ điện có nhiệm vụ cung cấp động lực cho cơ cấu sản xuất Các cơ cấu sản xuất của mỗi loại máy có các yêu cầu công nghệ và đặc điểm riêng Máy sản xuất lại có rất nhiều loại, nhiều kiểu với kết cấu rất khác biệt Động cơ điện cũng vậy, có nhiều loại, nhiều kiểu với các tính năng, đặc điểm riêng

Với các động cơ điện một chiều và xoay chiều thì chế độ làm việc tối ưu thường là chế

độ định mức của động cơ Để một hệ thống TĐĐ làm việc tốt, có hiệu quả thì giữa động cơ điện và cơ cấu sản xuất phải đảm bảo có một sự phù hợp tương ứng nào đó Việc lựa chọn hệ TĐĐ và chọn động cơ điện đáp ứng đúng các yêu cầu của cơ cấu sản xuất có ý nghĩa lớn không chỉ về mặt kỹ thuật mà cả về mặt kinh tế

Do vậy, khi thiết kế hệ thống TĐĐ, người ta thường chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh tốc độ sao cho đường đặc tính cơ của động cơ càng gần với đường đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất càng tốt Nếu đảm bảo được điều kiện này, thì động cơ sẽ đáp ứng tốt đòi hỏi của cơ cấu sản xuất khi mômen cản thay đổi và tổn thất trong quá trình điều chỉnh là nhỏ nhất

3 Các trạng thái làm việc xác lập của hệ TĐĐ

Trong hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của hệ truyền động điện Có thể lập Bảng 2.1:

Hình 2.5: Độ cứng của đặc

tính cơ

Ở trạng thái máy phát: thì ngược lại, khi hệ truyền động làm việc, trong một điều kiện

nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truyền về trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như một máy phát điện Công suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều

từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay

Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu mômen của động cơ

Phương trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ TĐ là:

Pđ = Pc+ ∆P (2.11)

Trong đó: Pđlà công suất điện; Pc là công suất cơ; ∆P là tổn thất công suất

- Trạng thái động cơ gồm: chế độ có tải và chế độ không tải

Trạng thái động cơ phân bố ở góc phần tư I, III của mặt phẳng ω(M)

- Trạng thái hãm có: hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng Trạng

thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng ω(M)

+ Hãm tái sinh: Pđiện< 0, Pcơ< 0 cơ năng biến thành điện năng trả về lưới

+ Hãm ngược: Pđiện > 0, Pcơ< 0 điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất ∆P

+ Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0 cơ năng biến thành công suất tổn thất ∆P

Các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M, ω]:

Trạng thái động cơ: tương ứng với các điểm nằm trong góc phần tư thứ nhất và góc phần

tư thứ ba của mặt phẳng [M, ω], hình 2.6

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Trạng thái máy phát: tương ứng với các điểm nằm trong góc phần tư thứ hai và góc phần

tư thứ tư của mặt phẳng [M, ω], hình 2.6 ở trạng thái này, mômen động cơ chống lại chiều chuyển động, nên động cơ có tác dụng như bộ hãm và vì vậy trạng thái máy phát còn có tên

gọi là "trạng thái hãm"

4 Câu hỏi ôn tập

1 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống truyền động điện là gì?

2 Có máy loại máy sản xuất và cơ cấu công tác?

3 Hệ thống truyền động điện gồm các phần tử và các khâu nào? Lấy ví dụ minh họa ở một máy sản xuất mà các anh (chị) đã biết?

4 Mômen cản hình thành từ đâu? Đơn vị đo lường của nó? Công thức quy đổi mômen cản từ trục của cơ cấu công tác về trục động cơ?

5 Mômen quán tính là gì? Đơn vị đo lường của nó? Công thức tính quy đổi mômen quán tính từ tốc độ ωi nào đó về tốc độ của trục động cơ ω ?

6 Thế nào là mômen cản thế năng? Đặc điểm của nó thể hiện trên đồ thị theo tốc độ? Lấy ví dụ một cơ cấu có mômen cản thế năng

7 Thế nào là mômen cản phản kháng? Lấy ví dụ một cơ cấu có mômen cản phản kháng

8 Định nghĩa đặc tính cơ của máy sản xuất Phương trình tổng quát của nó và giải tích các đại lượng trong phương trình?

9 Hãy vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất sau: máy tiện; cần trục, máy bào, máy bơm

10 Viết phương trình chuyển động cho hệ truyền động điện có phần cơ dạng mẫu cơ học đơn khối và giải thích các đại lượng trong phương trình?

11 Dùng phương trình chuyển động để phân tích các trạng thái làm việc của hệ thống truyền động tương ứng với dấu của các đại lượng M và Mc?

12 Định nghĩa đặc tính cơ của động cơ điện?

13 Định nghĩa độ cứng đặc tính cơ? Có thể xá định độ cứng đặc tính cơ theo những cách nào?

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

BÀI: 3 CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC

CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Thời gian 19 giờ

- Xây dựng được đặc tính cơ của các động cơ điện một chiều (DC), động cơ điện không đồng bộ, động cơ điện đồng bộ

- Phân tích được các trạng thái làm việc của các loại động cơ

- So sánh đặc tính của các loại động cơ, phạm vi ứng dụng của các động cơ dùng trong truyền động điện

1 Đặc tính của động cơ điện DC, các trạng thái khởi động và hãm

1.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và kích từ song song

1.1.1 Khái niệm chung

Bài 2 đã cho ta thấy, khi đặt hai đường đặc tính cơ M(ω) và Mc(ω) lên cùng một hệ trục tọa độ, ta có thể xác định được trạng thái làm việc của động cơ và của hệ (xem hình 2.2 và hình 2.3): trạng thái xác lập khi M = Mc ứng với giao điểm của hai đường đặc tính M(ω) và

Mc(ω); hoặc trạng thái quá độ khi M ≠ Mc tại những vùng có ω ≠ ωxl ; trạng thái động cơ thuộc góc phần tư thứ nhất và thứ ba; hoặc trạng thái hãm thuộc góc phần tư thứ hai và thứ

tư

Khi phân tích các hệ truyền động, ta thường coi máy sản xuất đã cho trước, nghĩa là coi như biết trước đặc tính cơ Mc(ω) của nó Vậy muốn tìm kiếm một trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu như tốc độ, mômen, dòng điện động cơ v.v ta phải tạo ra những đặc tính cơ của động cơ tương ứng Muốn vậy, ta phải ta phải nắm vững các phương trình đặc tính cơ và các đặc tính cơ của các loại động cơ điện, từ đó hiểu được các phương pháp tạo ra các đặc tính cơ nhân tạo phù hợp với máy sản xuất đã cho và điều khiển động cơ sao cho có được các trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ

Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức của nó Trong nhiều trường hợp ta coi đặc tính này như loạt số liệu cho trước Mặt khác nó có thể có

vô số đặc tính cơ nhân tạo có được do biến đổi một hoặc vài thông số của nguồn, của mạch điện động cơ, hoặc do thay đổi cách nối dây của mạch, hoặc do dùng thêm thiết bị biến đổi

Do đó bất kỳ thông số nào có ảnh hưởng đến hình dáng và vị trí của đặc tính cơ, đều được coi là thông số điều khiển động cơ, và tương ứng là một phương pháp tạo đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M)

1.1.2 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập (ĐM đl ) và kích từ song song

(ĐM ss )

a Sơ đồ nối dây của ĐM đl và ĐM ss

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐMđl): nguồn một chiều cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ độc lập nhau

Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có thể mắc kích

từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song (ĐMss)

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Hình 3.1: a) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập

b) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ song song

b Các thông số cơ bản của ĐM đl

Các thông số định mức: nđm(vòng/phút); ωđm(Rad/sec); Mđm(N.m hay KG.m); Φđm(Wb);

Pđm(KW); Uđm(V); Iđm(A);

Các thông số tính theo các hệ đơn vị khác: ω*= ω/ωđm; M* = M/Mđm; I*= I/Iđm; Φ* = Φ/Φđm; R* = R/Rđm; Rcb = Uđm/Iđm ,; ω%; M%; I%;

c Phương trình đặc tính cơ

Theo sơ đồ hình 3.1a và hình 3.1b, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:

N - Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng

a - Số mạch nhánh song song của cuộn ứng

rư là điện trở cuộn dây phần ứng của động cơ (Ω)

rctf là điện trở cuộn dây cực từ phụ của động cơ (Ω)

rctblà điện trở cuộn dây cực từ bù của động cơ (Ω)

rtx là điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp của động cơ (Ω)

Rưf là điện trở phụ mạch phần ứng

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng khác:

Từ các phương trình đặc tính cơ điện (3.4) và phương trình đặc tính cơ (3.8) trên, với giả thiết phần ứng được bù đủ và  = const thì ta có thể vẽ được các đặc tính cơ - điện (hình 3.2a) và đặc tính cơ (hình 3.2b) là những đường thẳng

Đặc tính cơ tự nhiên (TN) là đặc tính cơ có các tham số định mức và không có điện trở

Hình 3.2: a) Đặc tính cơ – điện động cơ điện một chiều kích từ độc lập

b) Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Đặc tính cơ nhân tạo (NT) là đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc

có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ

I

Ví dụ 3.1: Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ

độc lập có các số liệu sau:

Động cơ làm việc dài hạn, công suất định mức là 6,6KW; điện áp định mức: 220V, Iđm =

35 A; tốc độ định mức: 2200vòng/phút; điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26Ω; điện trở phụ đưa vào mạch phần ứng: 1,26Ω

Giải:

- Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên:

Đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 điểm: là điểm định mức [Mđm; ωđm] và điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0] Hoặc điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0] và điểm ngắn mạch [Mnm; ω = 0] Hoặc điểm định mức [Mđm; ωđm] và điểm ngắn mạch [Mnm; ω = 0]

Tốc độ góc định mức:

2200 230,3 / 9,55 9,55ñm

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

220 35 0,26 0.91230,3

Vậy ta có tọa độ điểm thứ ba của đặc tính cơ tự nhiên [770; 0] Độ cứng của đặc tính cơ

tự nhiên có thể xác định theo biểu thức (2-15) hoặc xác định theo số liệu lấy trên đường đặc tính hình 3.3

0

241,7 230,3

ñm m

- Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo có Ruf= 1,26Ω:

Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không tải lý tưởng không thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo (có Ruf= 1,26Ω) qua các điểm không tải lý tưởng [0; ω0] và điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [Mđm; ωnt]:

Hình 3.3: Đặc tính cơ tự nhiên và đạc tính cơ nhân tạo

Ta tính được giá trị mômen cơ định mức:



230,3

ñm ñm

Ta có tọa độ điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [28,66; 183,3] Vậy ta có thể dựng được đường đặc tính cơ nhân tạo có điện trở phụ trong mạch phần ứng như đường  trên hình 3.3 Đặc tính cơ khi khởi động ĐMđlvà tính điện trở khởi động:

d Khởi động và xây dựng đặc tính cơ khi khởi động

Nếu khởi động động cơ ĐMđlbằng phương pháp đóng trực tiếp thì dòng khởi động ban đầu rất lớn: Ikđbđ= Uđm/Rư ≈ (10  20)Iđm, như vậy nó có thể đốt nóng động cơ hoặc làm cho

Xây dựng các đặc tính cơ - điện khi khởi động ĐM đl :

- Từ các thông số định mức (Pđm; Uđm; Iđm; nđm, ηđm; ) và thông số tải (Ic; Mc; Pc; ), số cấp khởi động m, ta vẽ đặc tính cơ tự nhiên

- Xác định dòng điện khởi động lớn nhất: Imax= I1= (2  2,5)Iđm

- Xác định dòng điện khởi động nhỏ nhất: Imin= I2= (1,1  1,3)Iđm

- Từ điểm a(I1) kẻ đường aω0nó sẽ cắt I2= const tại b; từ b kẻ đường song song với trục hoành nó cắt I1= const tại c; nối cω0 nó sẽ cắt I2= const tại d; từ d kẻ đường song song với trục hoành thì nó cắt I1= const tại e;

Cứ như vậy cho đến khi nó gặp đường đặc tính cơ tự nhiên tại điểm giao nhau của đặc tính cơ TN và I1= const, ta sẽ có đặc tính khởi động abcde XL Nếu điểm cuối cùng gặp đặc tính TN mà không trùng với giao điểm của đặc tính cơ TN và I1= const thì ta phải chọn lại I1

hoặc I2rồi tiến hành lại từ đầu

1 u uf(1) u uf1 uf2 ufm

2 u uf(2) u uf1 uf2 ufm-1

Trị số các cấp khởi động được tính như sau:

Ví dụ 3.2: Cho động cơ kích từ song song có các số liệu sau: Pđm= 25KW; Uđm= 220V;

nđm= 420vg/ph; Iđm= 120A; Rư*= 0,08 Khởi động hai cấp điện trở phụ với tần suất 1lần/1ca, làm việc ba ca, mômen cản quy đổi về trục động cơ (cả trong thời gian khởi động) Mc ≈ 410Nm Hãy xác định các cấp điện trở phụ

Dòng điện phụ tải: Ic= Mc/K.đm= 410/4,6 = 89A ≈ 0,74Iđm

Với tần suất khởi động ít, dòng điện và mômen phụ tải nhỏ hơn định mức, nên ta coi trường hợp này thuộc loại khởi động bình thường với số cấp khởi động cho trước m = 2, dùng biểu thức (2.27), chọn trước giá trị I2:

cơ thì khó đạt được cả 4 mục đích nêu trên (2 mục đích sau cùng khó thực hiện)

Trạng thái hãm điện của động cơ là trạng thái động cơ sinh ra mômen điện từ ngược với chiều quay của rotor Phương pháp hãm điện tỏ ra rất có hiệu lực trong tất cả các mục đích nêu trên Khi hãm điện, trục động cơ không bị phần tử nào tỳ vào cả mà chỉ có mômen điện

từ tác dụng vào rotor động cơ để cản lại chuyển động quay mà rotor đang có

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có 3 trạng thái hãm điện:

- Hãm tái sinh (Hãm có hoàn trả năng lượng về lưới)

- Hãm ngược

- Hãm động năng

Đặc điểm chung của cả 3 trạng thái hãm điện là động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát, biến cơ năng mà hệ TĐĐ đang có qua động cơ thành điện năng để hoặc hoàn trả về lưới (hãm

và mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ

Khi hãm tái sinh:

Một số trạng thái hãm tái sinh

- Hãm tái sinh khi ω > ω 0 :

Lúc này máy sản xuất

như là nguồn động lực quay

rotor động cơ, làm cho động

cơ trở thành máy phát, phát

năng lượng trả về nguồn

Vì E > Uư, do đó dòng

điện phần ứng sẽ thay đổi

chiều so với trạng thái động

- Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (Uư2< Uư1):

Lúc này Mc là dạng mômen thế năng

(Mc= Mtn) Khi giảm điện áp nguồn đột

ngột, nghĩa là tốc độ ω0 giảm đột ngột

trong khi tốc độ ω chưa kịp giảm, do đó

làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn

tốc độ không tải lý tưởng (ω > ω02) Về

mặt năng lượng, do động năng tích luỹ ở

tốc độ cao lớn sẽ tuôn vào trục động cơ

làm cho động cơ trở thành máy phát,

phát năng lượng trả lại nguồn (hay còn

gọi là hãm tái sinh), hình 3.6b

- Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng (+U ư  - U ư ):

Lúc này Mclà dạng mômen thế năng (Mc= Mtn) Khi đảo chiều điện áp phần ứng, nghĩa

là đảo chiều tốc độ +ω0-ω0, động cơ sẽ dần chuyển sang đường đặc tính có -Uư, và sẽ làm việc tại điểm B (B > -0) Về mặt năng lượng, do thế năng tích luỹ ở trên cao lớn sẽ

Hình 3.6a: Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ

Hình 3.6b: Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách

Hình 3.6c: Hãm tái sinh khi đảo chiều

b Hãm ngược

Hãm ngược là khi mômen hãm của động cơ ngược chiều với tốc độ quay (M↑↓ω) Moment hãm sinh ra bởi động cơ khi đó chống lại chiều quay của cơ cấu sản xuất Hãm ngược có hai trường hợp

- Hãm ngược bằng cách đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng

Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đưa thêm Rưf lớn vào mạch phần ứng thì động cơ sẽ chuyển sang điểm B, D và làm việc ổn định ở điểm E (ωôđ= ωEvà ωôđ↑↓ωA) trên đặc tính cơ

có thêm Rưflớn, và đoạn DE là đoạn hãm ngược, động cơ làm việc như một máy phát nối

tiếp với lưới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên:

- Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng

Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng (vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ Rưf vào để hạn chế) thì động cơ sẽ chuyển sang điểm B, C và sẽ

làm việc xác lập ở D nếu là phụ tải ma sát Đoạn BC là đoạn hãm ngược Lúc này dòng hãm

và mômen hãm của động cơ:

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Hình 3.9: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập

Động cơ đang làm việc với lưới điện tại điểm A, thực hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh Do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc như một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trở phần ứng

Phương trình đặc tính cơ khi hãm động năng:

Tại thời điểm hãm ban đầu, tốc độ hãm ban đầu là ωhđ nên sức điện động ban đầu, dòng hãm ban đầu và mômen hãm ban đầu:

Ví dụ 3.3: Động cơ làm việc dài hạn, công suất định mức là 6,6KW; điện áp định mức:

220V; dòng điện định mức là 35A; tốc độ định mức: 2200vòng/phút; điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26Ω; Trước khi hãm động cơ làm ở điểm định mức A (M = Mđm, ω = ωđm); Hãy xác định trị số điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng động cơ để hãm động năng kích từ độc lập với yêu cầu mômen hãm lớn nhất Mh.max = 2Mđm

Sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập như trong hình 3.9a

Giải: Sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập hình 3.9a khi đó đảm bảo từ thông

động cơ trong quá trình hãm là không đổi:  = đm

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Hình 4.8: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập

Đặc tính cơ của động cơ trước khi hãm là đặc tính cơ tự nhiên, và khi chuyển sang đặc

tính cơ hãm động năng kích từ độc lập (đoạn B0 trên hình 4.8b).

Điểm làm việc trước khi hãm là điểm định mức A, có:

Iư= Iđm= 35A tương ứng mômen định mức Mđm;

Ih.max = Ih.bđ Hoặc Mh.max = Mh.bđ

Vì  = đmnên mômen động cơ tỉ lệ thuận với dòng điện động cơ khi hãm, do đó để đảm bảo điều kiện Mh.max= 2Mđmthì:

Ih.bđ= 2Iđm= 2x35 = 70A

Điện trở tổng trong mạch phần ứng động cơ được xác định theo (2.34):

210,9 3,0170

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Hình 3.10: a) Sơ đồ hãm động năng tự kích từ b) Đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ

Động cơ đang làm việc với lưới điện (điểm A), thực hiện cắt cả phần ứng và kích từ của động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh Do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc như một máy phát tự kích biến cơ năng thành nhiệt năng trên các điện trở Phương trình đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ:

So với phương pháp hãm ngược, hãm động năng có hiệu quả hơn khi có cùng tốc độ hãm ban đầu, nhất là tốn ít năng lượng hơn

1.1.4 Các đặc tính cơ khi đảo chiều ĐM đl

Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận trên đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải Mc:

1.1.5 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ

Phương trình đặc tính cơ (3.7) cho thấy, đường đặc tính cơ bậc nhất   f M ( ) phụ thuộc vào các hệ số của phương trình, trong đó có chứa các thông số điện U, Rp và  Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng thông số này

a Trường hợp thay đổi điện áp phần ứng

Vì điện áp phần ứng không thể vượt quá giá trị định mức nên ta chỉ có thể thay đổi về phía giảm

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

U ư biến đổi; Rp = const; = const

Trong phương trình đặc tính cơ,

Tốc độ không tải lý tưởng 0 thay

đổi tỷ lệ thuận với điện áp:

đặc tính cơ song song với đường đặc

tính cơ tự nhiên và thấp hơn đường

đặc tính cơ tự nhiên

b Trường hợp thay đổi điện trở mạch phần ứng

Vì điện trở tổng của mạch phần ứng: Rö R ö R öf nên điện trở mạch phần ứng chỉ có thể thay đổi về phía tăng Rưf

Uư = const ; Rưf = var; f = const

Trường hợp này, tốc độ không tải giữ nguyên:

0 ö

U const K

Như vậy, khi tăng điện trở Rưf trong mạch phần ứng, ta được một họ các đường đặc tính

cơ nhân tạo cùng đi qua điểm (0, 0)

Hình 3.12: Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi tăng điện trở phụ trong mạch phần ứng

Hình 3.11: Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm điện áp phần ứng

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

c Trường hợp thay đổi từ thông kích từ

U ư = const ; R ưf = const;  = var

Để thay đổi từ thông , ta phải

thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến

không tải lý tưởng và độ dốc đặc tính

cơ đều thay đổi

 

0

2

var var

ö

U K

1.1.6 Mở máy (khởi động) động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Nếu khởi động động cơ ĐMđl bằng phương pháp đóng trực tiếp thì ban đầu tốc độ động

cơ còn bằng 0 nên dòng khởi động ban đầu rất lớn

vỡ bánh răng, đứt cáp, đứt xích Tình trạng càng xấu hơn nếu như hệ TĐĐ thường xuyên phải mở máy, đảo chiều, hãm điện thường xuyên như ở máy cán đảo chiều, cần trục, thang máy

Để đảm bảo an toàn cho máy, thường chọn:

Công suất động cơ lớn thì chọn Imm nhỏ

Trong quá trình mở máy, tốc độ động cơ  tăng dần, sức điện động của động cơ Eư =

K.. cũng tăng dần và dòng điện động cơ bị giảm:

Khi bắt đầu cấp điện cho động cơ với toàn bộ điện trở khởi động, mômen ban đầu của động cơ sẽ có giá trị là Mmm Mômen này lớn hơn mômen cản tĩnh Mc do đó động cơ bắt đầu được gia tốc Tốc độ càng tăng lên thì mômen động cơ càng giảm xuống theo đường cong ab Trong quá trình đó mômen động (chênh lệch giữa mômen động cơ và mômen cản: M = MĐ

- MC) giảm dần nên hiệu quả gia tốc cũng giảm theo Đến một tốc độ nào đó, ứng với điểm b, tiếp điểm 1G đóng lại, một đoạn điện trở khởi động bị nối tắt Và ngay tại tốc độ đó, động cơ chuyển sang làm việc ở điểm c trên đường đặc tính cơ thứ 2 Mômen động cơ lại tăng lên, gia tốc lớn hơn và sau đó gia tốc lại giảm dần khi tốc độ tăng, mômen động cơ giảm dần theo đường cong cd Tiếp theo quá trình lại xảy ra tương tự như vậy: sau khi đóng tiếp điểm 2G mômen động cơ giảm theo đường ef và đến điểm f tiếp điểm 3G đóng lại thì động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên

1.1.7 Đảo chiều quay động cơ

Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi đảo chiều từ thông hay đảo chiều dòng điện thì từ lực có chiều ngược lại Vậy muốn đảo chiều quay của động cơ điện một chiều ta có thể thực hiện một trong hai cách:

- Hoặc đảo chiều từ thông (bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ)

- Hoặc đảo chiều dòng điện phần ứng

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

Hình: 3.15, Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi đảo chiều từ thông hoặc khi đảo chiều dòng điện phần ứng

Đường đặc tính cơ của động cơ

khi quay thuận và quay ngược là đối

xứng nhau qua gốc tọa độ

Phương pháp đảo chiều từ thông

thực hiện nhẹ nhàng vì mạch từ thông

có công suất nhỏ hơn mạch phần ứng

Tuy vậy, vì cuộn kích từ có số vòng

dây lớn, hệ số tự cảm lớn, do đó thời

gian đảo chiều tăng lên Ngoài ra,

dùng phương pháp đảo chiều từ thông

thì từ thông qua trị số 0 có thể làm

tốc độ động cơ tăng quá cao

1.2 Đặc tính cơ của động cơ một

chiều kích từ nối tiếp (ĐM nt ) và

hỗn hợp (ĐM hh )

1.2.1 Sơ đồ nối dây của ĐM nt

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt): nguồn một chiều cấp chung cho phần ứng nối tiếp với kích từ

Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy dòng kích từ chính là dòng phần ứng, nên từ thông của động

cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng và phụ tải của động cơ

Theo sơ đồ hình 3.17a, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:



Trong đó: U là điện áp nguồn (V)

Hình: 3.16 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi đảo chiều quay

Trường Cao đẳng nghề Đắk Lắk

R R R R

Rưlà điện trở phần ứng động cơ; Rktlà điện trở cuộn dây kích từ

Rưflà điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng

Tương tự ĐMđl từ các phương trình trên ta rút ra:

Ikt.Wkt Khi cho dòng kích từ bằng định mức thì từ thông động cơ sẽ đạt định mức

Để đơn giản hoá khi thành lập phương trình đặc tính cơ ĐMnt, ta coi mạch từ của động

cơ là chưa bão hoà, quan hệ giữa từ thông với dòng kích từ là tuyến tính (đường  trên hình 3.17b):

 = C.Ikt; (C - hệ số tỉ lệ) (3.44)

Nếu bỏ qua phản ứng phần ứng, ta có:

 = C.Ikt= C.Iư= C.I (3.45)

Kết hợp (2.44) với (2.39) ta được phương trình đặc tính cơ điện của ĐMnt:

không tải lý tưởng đối với

động cơ điện một chiều kích

từ nối tiếp Hình 3.18: a) Đặc tính cơ điện của ĐM b) Đặc tính cơ của ĐM nt nt